乾式メタン発酵原料への発酵微生物群の移植手法の開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07964
• 研究機関: 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 山岡 賢 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 農村工学研究部門 水利工学研究領域, ユニット長 (70373222)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 乾式メタン発酵 / ラボスケール / 稲わら

研究実績の概要

1)ラボスケール乾式メタン発酵プロセスの発酵槽として、500ml容量のボトルを用いて、乾式メタン発酵反応の立ち上げを行った。発酵温度は55℃と高温発酵とした。原料は、性状の安定した作物残渣として、稲わらを用いた。また、種汚泥として、乳牛ふん尿を原料とする湿式メタン発酵の実施設の消化液を用いた。立ち上げ開始から60日程度で、メタンガス発生量が概ね安定し、100日程度で発酵槽内の含水率も80％に低下して乾式メタン発酵の状態となった。種汚泥を乾式メタン発酵の実施設等から供給を受けられず、湿式メタン発酵の消化液から乾式メタン発酵を立ち上げることになったが、乾式メタン発酵の施設が数少ないことから実施設においても、このような事態が想定されるので、その点でも有益な知見が得られた。
なお、立ち上げたラボスケール乾式メタン発酵プロセスは、2017年3月末で連続運転日数300日を経過し、約200Lのメタンガスを生成している。
2)乾式メタン発酵の発酵残渣からの微生物群の液体培地への抽出方法の開発では、1)で述べたラボスケール乾式メタン発酵プロセスの発酵残渣を用いた。試みに発酵残渣に純水を加えて抽出液を作成し、同抽出液を稲わらに添加し、メタン発酵の条件下（嫌気・55℃加温）に置くと、速やかにメタンガス発生が発生した。ただし、ガス発生の継続時間が数時間とわずかであった。原料が分解しづらいことが，ガス発生が継続しない原因かどうか、確認するために、グルコース、ドッグフード及びおからを原料に用い、同様の抽出液を添加した。結果は、いずれも数時間でガス発生が終了した。リン酸緩衝生理食塩水を用いて抽出液を作成し、原料の稲わらをリン酸緩衝液に浸漬することで、ガス生成量、ガス発生時間が10倍程度となった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

H28年度中期までと計画していたラボスケール乾式メタン発酵プロセスの構築は、予定どおり行うことができた。
H28年度中期から着手としていた同プロセスの発酵残渣から微生物群を抽出方法の開発についても、予定通り実験に着手してデータが蓄積されている。
このため、研究は概ね順調に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

今年度の乾式メタン発酵の発酵残渣からの微生物群の液体培地への抽出方法の開発のための実験で、抽出液を発酵原料に適用するとメタンガスの発生がすぐに確認でき、メタン生成能を持った抽出液の生成は、比較的容易という感触を得たが、一方で、その際のメタンガス生成は短期間で停止する問題点が明らかになった。
このため、今後はメタンガスの発生の生成を継続させるために、発酵槽内のpHの制御に取り組む。
また、メタンガス生成が短期間で停止した原因の1つとして、発酵温度の影響が無いかどうかを確認する。このために、２０１７年１月から中温でのラボスケール乾式メタン発酵プロセスの立ち上げに着手している。

次年度使用額が生じた理由

ラボスケール乾式メタン発酵プロセスを、湿式メタン発酵施設の消化液を種汚泥として立ち上げを行ったため、開始から50日はプロセスの挙動が不安定であり、この間乾式メタン発酵の状況を確認するとともに、その後もメタンガス生成の安定を確認するまで、極力外部に長期間出かけることを避け、実験装置を観察するように努めた。
このため、当初計画で予定した欧州地域の先進事例調査に出向くことができず、主にその分の旅費の支出が減となった。

次年度使用額の使用計画

ラボスケール乾式メタン発酵プロセスは、昨年度の経験によって維持管理の見通しがつき、実験補助を得ることで対応できる状況となった。
このため、当初計画２年目の計画に加えて、昨年度実施できなかった先進事例調査を実施することとし、次年度使用額を使用することとする。